[发明专利]一种钢管混凝土内表层空腔的定量检测装置及检测方法

说明书

一种钢管混凝土内表层空腔的定量检测装置及检测方法，属于工程结构检测技术领域。该检测装置将分布式光纤传感器、加热层和隔热层铺设在钢管混凝土的顶部，对钢管混凝土的温度数据进行采集和分析，便可以判断结构内部是否存在内表层空腔，以及空腔的长度和高度的定量尺寸。相比传统的点式检测方法，该方法更加简单、快速，可以将一段钢管混凝土结构同时进行检测，并且不会存在点式检测方法由于测点分布不够密集而导致内表层空腔漏检的情况发生。该方法属于无损检测，不会对待检测结构造成破坏，检测装置也可以重复利用，检测成本较低。该分布式光纤检测方法通过隔热层将待检测结构与外界环境隔绝开来，几乎不受外界因素的影响。

技术领域

本发明涉及一种钢管混凝土内表层空腔的定量检测装置及检测方法，属于工程结构检测技术领域，具体来说是钢管混凝土结构在施工过程中将混凝土浆体压入钢管之后，采用分布式光纤传感器测温技术对结构中是否存在内表层空腔以及空腔的尺寸进行定量检测的一种方法。

背景技术

钢管混凝土(Concrete-filled steel tube，缩写为CFST)是将混凝土填充入钢管内形成的结构。钢管混凝土从材料学设计原理来讲是一种复合材料，它是由金属钢和无机非金属的混凝土所复合而成的，是钢-混凝土组合结构中最重要的一种形式。其复合设计的原理是：混凝土受到钢管壁的紧箍作用，强度和韧性大大提高；钢管中填充了混凝土，可提高结构的稳定性并减少用钢量；组合材料的综合性价比明显优于以上材料自身。钢管混凝土在桥梁墩柱、拱肋等部位的应用已经有上百年的历史，最早有关钢管混凝土的应用报道是1879年建成的英国Severn铁路桥的桥墩。法国Conidere于1902年开始探索三向应力混凝土性能，也证实了套箍(约束)状态下混凝土能提高其承载力。1907年美国的Lally公司首次给出了圆形钢管混凝土柱的安全承载能力公式。我国从1959年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用。20世纪60年代中期，钢管混凝土开始在一些厂房柱和地铁工程中采用。20世纪70年代后期，这类结构在冶金、造船、电力等行业的单层或多层工业厂房得到广泛的应用。20世纪90年代后期，钢管混凝土结构在20到88层高层建筑、大型场馆中也得到了广泛的推广应用。1990年建成的四川省旺苍东河大桥，其跨径为115m,系下承式钢架系杆拱，该桥是我国第一座钢管混凝土拱桥。2004年，世界跨度第一的钢管混凝土拱桥(单跨460m)的重庆巫峡长江大桥建成通车，这不仅表明我国钢管混凝土在大跨度桥梁中的应用不但处于世界领先水平，而且标志着该技术又达到了一个更新的高度。

钢管混凝土结构是由钢管和混凝土两种材料组合成的复合结构，因此容易发生钢管和混凝土之间界面分离的情况。并且，在施工过程中，将混凝土压入钢管内部，难以保证管内混凝土的均匀性。一些内表层空腔往往会出现在钢管混凝土内部，导致混凝土与钢管的分离。这些内表层空腔会使得钢管混凝土结构失去完整性，降低钢管对混凝土的约束能力，进一步降低结构的承载能力。因此需要探寻有效的方法将钢管混凝土结构的内表层空腔检测出来。

现有的钢管混凝土内表层空腔的检测方法主要有人工敲击法、钻芯取样法、超声波检测法和红外热成像法。但是这些检测方法基本都是点式测量，需要在结构上布设大量的测点，检测效率低、精度差，容易出现内表层空腔的漏检，并且对于钢管混凝土这种大型结构不太适用。红外热成像法是利用热学技术的分布式测量方法，对钢管混凝土加热后进行测温，通过温度差异确定是否存在内表层空腔，但是该方法需要将待检测结构暴露在外界环境中，受环境影响较大。

本发明针对此问题，提出采用分布式光纤传感器对钢管混凝土内表层空腔进行定量检测的方法，可以同时测量钢管混凝土沿程中的混凝土分布情况，克服了传统点式传感器测量的局限。通过对比分析钢管混凝土顶部的分布式温度数据，可以准确判断是否存在内表层空腔并且将其定位。进一步地，研究内表层空腔的长度和高度对钢管混凝土顶部温度随空间和时间变化速率的影响，定量得出钢管混凝土内表层空腔的长度和高度。

发明内容